ES2353972T3 - Bomba helicoidal de husillos. - Google Patents
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Abstract
Bomba helicoidal de husillos en una forma constructiva de un solo flujo y de dos ejes, con dos husillos roscados (1, 2) y una carcasa de la bomba (3) que rodea los husillos roscados (1, 2) formando cámaras de impulsión (4) y que limita las cámaras de impulsión (4) exteriormente con su superficie de cubierta interior (3a), así como una cámara de aspiración (5) para el medio a aspirar y una cámara de presión (6), que aloja el medio transportado a través de los husillos roscados (1, 2), estando introducida la carcasa de la bomba (3) en una carcasa de presión (7) y fijada a la carcasa de presión (7), con lo que la cámara de presión (6) rodea, al menos parcialmente, la carcasa de la bomba (3), caracterizada porque ambos husillos roscados (1, 2) están apoyados con un apoyo exterior y en la cámara de presión (6) están previstos equipos separadores para separar una mezcla multifase transportada en una fase de gas y una fase de líquido y porque está prevista una tubería de cortocircuito (13) desde la cámara de presión (6) hasta la cámara de aspiración (5), a través de la que se conduce de retorno el líquido separado hasta la cámara de aspiración (5).
Description
La invención se refiere a una bomba helicoidal de
husillos con forma constructiva de un solo flujo y de dos
ejes, con un apoyo exterior de ambos husillos roscados y
una carcasa para la bomba, que envuelve los husillos
roscados formando cámaras de impulsión y limitando
exteriormente las cámaras de impulsión con su superficie de
cubierta, así como una cámara de aspiración para el medio
de aspirar y una cámara de presión, que aloja el medio
transportado por los husillos roscados.
Se conocen muchos conceptos de bombas helicoidales de
husillos, por ejemplo una configuración de dos ejes y de
dos flujos según el documento EP 0 699 276 B1, que se
utiliza en particular para transportar mezclas petróleoagua-gas sin tratar, que salen de un pozo muy grande o de
muchos pozos pequeños, a veces más de 500. Las bombas
helicoidales de husillos de dos flujos presentan una
carcasa dividida en una cámara de aspiración y una cámara
de presión. Los tornillos de transporte corren entonces
directamente en la carcasa o bien en una pieza insertada en
la carcasa o cartucho sustituible, que se inserta en la
carcasa entre la cámara de aspiración y la cámara de
presión. La carcasa tiene entonces por un lado la tarea de
proporcionar una suficiente resistencia a la presión para
absorber la presión del proceso y por otro lado aportar la
forma y solidez de posición para mantener las tolerancias
de la junta de estanqueidad entre los tornillos de
transporte, uno respecto a otro, y de los tornillos de
transporte y la carcasa o la pieza insertada en la carcasa,
necesarias para el proceso de aumento de la presión,
formulando los husillos de transporte que marchan sin
contacto exigencias especialmente altas a las juntas de
estanqueidad, que han de tener intersticios lo más pequeños
posible, para lograr un elevado rendimiento.
Las bombas helicoidales de husillos en ejecución de
dos ejes y dos flujos son técnicamente muy caras, costosas
de fabricar y de mantener y se utilizan por ello
preferiblemente para grandes potencias de transporte, que
son típicamente demasiado grandes para la extracción en
pozos individuales (Single-well-boosting).
Por el documento DE 715860 B1 se conoce una bomba
helicoidal para extraer líquidos que presenta un apoyo
exterior por un solo lado para los tornillos de transporte.
Los tornillos de transporte están envueltos por una
carcasa, configurada de una sola pieza y embridada a una
pieza de la carcasa, en la que están apoyados los husillos
de transporte. Esta carcasa puede retirarse para trabajos
de mantenimiento. Cuando ha de realizarse el mantenimiento
de la bomba, es necesario separar la misma de la tubería de
transporte en las tubuladuras de entrada y salida y montar
una bomba completamente nueva.
Alternativamente a la sustitución de la bomba
completa, puede despiezarse una bomba helicoidal de
husillos en el mismo lugar y repararse, lo que cuesta mucho
tiempo. Además, el montaje de la bomba partiendo de varias
piezas sueltas en el cliente in situ tiene el inconveniente
de que no es posible una prueba de la bomba averiguando
exactamente los datos de potencia, por lo que para que se
cumplan los parámetros de potencia exigidos es necesaria
por lo general la sustitución completa de la bomba.
Precisamente en la extracción de un solo pozo resultan
fuertes variaciones de la composición del medio a
transportar. En gran medida y de forma imprevisible se
alternan estados de una extracción de un 100% de líquido
con fases de extracción de un 100% de gas, siendo las fases
de extracción de un 100% de gas especialmente críticas para
las bombas helicoidales de husillos, ya que en las bombas
helicoidales de husillos tradicionales, tras un cierto
tiempo de extraer gas, se acarrea el líquido de
estanqueidad, refrigeración y lubrificación. Este estado
origina un calentamiento de los tornillos de transporte, lo
que implica un contacto de los tornillos de transporte
entre sí y con la carcasa de impulsión, lo que da lugar a
un mayor desgaste y dado el caso a la parada de la bomba.
Los problemas que ello origina en cuanto al mantenimiento
in situ ya se han descrito.
El documento EP 0 405 160 A1 describe una bomba
helicoidal de husillos con un husillo de accionamiento
dispuesto en la cámara interior de una carcasa de la bomba
y al menos un husillo de estanqueidad con su eje paralelo
al anterior, así como con una entrada y una salida para un
medio fluyente a transportar por los husillos.
Los husillos están rodeados por una pieza insertada en
la carcasa de forma tubular, que delimita con la carcasa de
la bomba que la rodea al menos una cámara anular unida
mediante al menos una abertura pasante con la cámara
interior que aloja los husillos.
Para la extracción a partir de pozos individuales se
utilizan, además de bombas helicoidales de husillos,
también bombas excéntricas de tornillos sin fin, que no
obstante sólo pueden utilizarse para extraer mezclas
multifase en determinadas condiciones, ya que su capacidad
de transportar gas al 100% es muy limitada en el tiempo,
debido al calor por rozamiento que resulta.
Al estar sobredimensionadas las bombas multifase en
ejecución de dos ejes y dos flujos y al faltar bombas
multifase adecuadas con potencias inferiores, no se
explotan o dejan de explotarse, en todo el mundo miles de
pozos de petróleo, con lo que no se aprovechan valiosas
materias primas.
Por lo tanto, es tarea de la presente invención
proporcionar una bomba económica de fabricar y mantener y
que sea adecuada básicamente para extraer mezclas multifase
para la extracción de un solo pozo.
Según la invención se resuelve esta tarea mediante
una bomba helicoidal de husillos de tipo genérico con las
características de la reivindicación 1. Ventajosas mejoras
y perfeccionamientos de la invención se describen en las
reivindicaciones subordinadas.
La bomba helicoidal de husillos correspondiente a la
invención, en forma constructiva de un solo flujo y dos
ejes, con un apoyo exterior de ambos husillos roscados y
una carcasa de la bomba, que rodea los husillos roscados
formando cámaras de impulsión y que limita exteriormente
las cámaras de impulsión con su envoltura de cubierta
interior, así como con una cámara de aspiración para el
medio a aspirar y una cámara de presión que aloja el medio
transportado mediante los husillos roscados, prevé que la
carcasa de la bomba se introduzca en una carcasa de presión
y que esté fijada a la carcasa de presión, con lo que la
cámara de presión rodea la carcasa de la bomba al menos
parcialmente. Mediante la posibilidad de introducir la
carcasa de la bomba en la carcasa de presión y la fijación
de la carcasa de la bomba a la carcasa de presión, es
posible sustituir solamente la carcasa de la bomba
inclusive los husillos roscados allí dispuestos y el apoyo
exterior, con lo que se proporciona en forma constructiva
modular una bomba helicoidal de husillos que puede
repararse con rapidez, dado que pueden retirarse por
completo de la carcasa de presión las piezas desgastadas.
Mediante una sencilla sustitución de la carcasa de la bomba
con los husillos roscados allí dispuestos, se realiza
además un desacoplamiento mecánico entre la carcasa de
presión y la carcasa de la bomba, con lo que las
deformaciones debidas a la presión dentro de la carcasa de
la presión no se transmiten, o sólo inapreciablemente, a la
carcasa de la bomba. De esta manera queda asegurada la
exactitud de posición de los husillos roscados entre sí, ya
que las deformaciones de la carcasa de presión no
repercuten en las tolerancias de los elementos de
transporte, las juntas y los cojinetes. Esto reduce el
desgaste y posibilita ajustar una dimensión reducida para
el intersticio, lo que aumenta el rendimiento de la bomba.
Para la compresión cuando se utiliza en Single-wellboosting, está previsto que en la cámara de presión se
prevean equipos separadores para separar una mezcla
multifase transportada en una fase de gas y una fase de
líquido, con lo que las fases separadas pueden evacuarse
separadamente o bien puede conducirse de retorno una parte
de la fase de líquido separada a través de una tubería de
cortocircuito desde la cámara de presión hasta la cámara de
aspiración, para aportar una cantidad mínima de líquido
dentro de la carcasa de la bomba, para que los husillos
roscados puedan refrigerarse y el intersticio entre los
husillos roscados, así como entre los husillos roscados y
la carcasa de la bomba, puedan permanecer estancos.
Un perfeccionamiento de la invención prevé que la
carcasa de la bomba atraviese la carcasa de presión, con lo
que la carcasa de la bomba tiene dos puntos de apoyo o
sustento en la carcasa de presión. Entonces se prevé que la
carcasa de la bomba sólo esté fijada por un lado a la
carcasa de presión, en particular que esté atornillada,
mientras que el extremo de la carcasa de la bomba no fijado
a la carcasa de presión está apoyado en una guía en la
carcasa de presión.
Así es posible que la carcasa de la bomba quede fijada
por un lado a la carcasa de presión y por el otro lado esté
apoyada tal que pueda moverse ligeramente, con lo que el
ligero juego entre la carcasa de presión y la carcasa de la
bomba está impermeabilizado mediante al menos una junta,
con lo que no puede salir ninguna cantidad de medio
transportado de la cámara de presión a través del
intersticio en la guía. El pequeño juego dentro de la guía
en la carcasa de presión posibilita que debido a la presión
que reina en la cámara de presión no se presente
deformación alguna dentro de la carcasa de la bomba que
pueda modificar el juego entre los husillos roscados, así
como entre los husillos roscados y la carcasa de la bomba,
sino que la carcasa de la bomba completa esté ligeramente
desplazada dentro de la carcasa de presión.
Otra ventaja adicional de la configuración
correspondiente a la invención es la mayor facilidad de
fabricación de la carcasa de presión debido a las
inferiores exigencias a la exactitud de posición de los
componentes, con lo que es posible una fabricación
económica de la carcasa de presión. Además, se simplifica
considerablemente el mantenimiento debido a la posibilidad
de extracción completa de la carcasa de la bomba inclusive
los husillos roscados y la unidad de apoyo.
Para lograr, pese a la sencilla estructura, un diseño
lo más rígido posible, se prevé fijar la carcasa de la
bomba mediante una placa de soporte a la carcasa de
presión. En la placa de soporte están fijadas así tanto la
carcasa de presión como también la carcasa de la bomba y
dado el caso también la unidad de apoyo en la que están
apoyados los husillos roscados separadamente del flujo de
transporte. Los husillos roscados están apoyados en la
unidad de apoyo, que a su vez está unida con la carcasa de
la bomba, con lo que la unidad de apoyo puede retirarse por
completo con la carcasa de la bomba y los husillos roscados
de la carcasa de presión. Los husillos roscados, la carcasa
de la bomba y la unidad de apoyo de los husillos roscados
pueden así reunirse para formar un módulo de impulsión,
fácilmente sustituible y que puede someterse tras la
fabricación a una prueba de potencia completa, con lo que
cuando se sustituye el módulo de impulsión por uno nuevo o
por un módulo de impulsión repasado puede predecirse qué
parámetros de potencia presenta la bomba.
Puesto que la carcasa de la bomba se encuentra dentro
de la cámara de presión, es posible configurar la tubería
de cortocircuito dentro de la carcasa de la bomba, es
decir, establecer una unión directa entre la cámara de la
bomba y la cámara de aspiración.
Mediante la tubería de cortocircuito se devuelve la
fase líquida separada dosificadamente a la cámara de
aspiración, lo cual ciertamente implica una reducción del
rendimiento de la bomba, pero en cambio, cuando se utiliza
la bomba helicoidal de husillos para bombear mezclas
multifase, posibilita un tiempo de utilización bastante más
largo.
La carcasa de la bomba puede estar dispuesta
excéntricamente en la carcasa de presión, para por un lado
facilitar la separación y el retorno de la fase líquida
separada a través de una tubería de cortocircuito hacia el
lado de aspiración de los husillos roscados y por otro lado
no permitir que deformaciones que dependen de la presión de
la carcasa de presión repercutan sobre la unidad de apoyo o
los husillos roscados, o sólo lo hagan tal que generen una
variación de ángulo de la unidad de apoyo opuesta a un
doblado dependiente de la presión de los husillos roscados.
Complementariamente pueden estar dispuestos en la
carcasa de presión tirantes de tracción para pretensar la
carcasa de presión frente al apoyo de los husillos
roscados, con lo que puede ajustarse una variación de
ángulo de la unidad de apoyo que dependa de la presión
alternativa o complementariamente al posicionado adecuado
de la carcasa de la bomba en la carcasa de presión, así
como elegir el espesor de la pared y/o los materiales a
emplear.
Para una mayor integración funcional en el módulo de
extracción, está previsto que en la carcasa de la bomba
esté configurada la cámara de aspiración tal que su
dimensionado y su configuración técnica del flujo pueda
adaptarse óptimamente a los tornillos de transporte.
Para simplificar la configuración de la carcasa de
presión, está previsto que la carcasa de la bomba configure
una parte de la pared de la cámara de presión, es decir,
que la pieza insertada de la carcasa de la bomba forme una
parte de la pared interior de la cámara de presión. Para
ello es necesario que la carcasa de la bomba esté fijada de
manera estanca a la carcasa de presión, con lo que están
previstas tuberías que atraviesan o canales de flujo para
el medio a transportar, a través de los que se conduce el
medio transportado a la cámara de presión.
Igualmente están configurados equipos de conexión para
tuberías de entrada o tuberías de salida en la carcasa de
presión, con lo que la carcasa de presión no tiene que
retirarse de la red de tuberías durante el mantenimiento de
la bomba, evitándose así un considerable gasto en montaje,
así como problemas de estanqueidad debidos al montaje y
desmontaje de bombas completas de la red de tuberías.
A continuación se describirá un ejemplo de ejecución
de la invención en base a la única figura, en la que se
representa una bomba helicoidal de husillos en vista en
sección.
En la figura se muestra una bomba helicoidal de
husillos de un solo flujo con dos husillos roscados 1, 2,
compuesta por ejes 10, 20 acoplados entre sí mediante
ruedas dentadas y rotores 11, 12 allí fijados mediante
tornillos. Los ejes 10, 20 están apoyados en una carcasa
del cojinete 19 y constituyen una unidad de apoyo 9,
impermeabilizada frente al medio a transportar. Los rotores
11, 12 están apoyados en una carcasa de la bomba 3, con lo
que la superficie interior de la cubierta 3a de la carcasa
de la bomba 3 abarca los rotores 11, 12, con lo que
mediante los rotores 11, 12 que engranan uno con otro,
juntamente con la superficie de la cubierta 3a, se forman
cámaras de impulsión 4, en las que se transporta el medio a
transportar desde una cámara de aspiración 5 hasta una
cámara de presión 6 mediante canales de unión 16. Tanto
entre los rotores 11, 12 como también entre los rotores 11,
12 y la superficie de cubierta 3a, existe un juego mínimo,
para mantener el coeficiente de pérdidas de la bomba lo más
reducido posible.
La cámara de presión 6, configurada en este caso como
cámara anular, está formada por una carcasa de presión 7,
que cierra la cámara de presión 6 por el lado frontal en el
perímetro exterior. El cierre interior de la cámara de
presión 6 se realiza mediante la pared exterior de la
carcasa de la bomba 3, ya que la carcasa de la bomba 3
penetra en la carcasa de presión 7 y con ello en la cámara
de presión 6. La carcasa de la bomba 3 está fijada mediante
pernos 40 a una placa de soporte 8, a la que igualmente
está fijada mediante pernos 41 la unidad de apoyo 9. La
placa de soporte 8 está acoplada a su vez mediante un
tirante de tracción 42 con la carcasa de presión 7, con lo
que la carcasa de la bomba 3 está fijada mediante los
pernos 40, la placa de soporte 8 y los tirantes de tracción
42 por un lado a la carcasa de la bomba 7. La carcasa de la
bomba 3 está dotada en la zona de los pernos 40 de una
brida 37 con forma anular, que puede introducirse en una
escotadura 27 de la carcasa de la bomba 7
correspondientemente configurada. El extremo 30 de la
carcasa de la bomba 3 opuesto a la placa de soporte 8, está
apoyado en una escotadura 17 de la carcasa de la bomba 7,
pero no atornillado allí, sino impermeabilizado mediante
una junta 27. Frontalmente se logra una estanqueidad
adicional mediante una placa frontal 15, que presenta una
abertura pasante 25 para introducir un medio a transportar
en la cámara de aspiración 5. Igualmente están previstos
roscados 26 para alojar medios de conexión o tuberías de
entrada en la placa frontal 15.
El apoyo por un solo lado de la carcasa de la bomba 3
en la carcasa de presión 7 tiene la ventaja de que la
combinación modular de la carcasa de la bomba 3, la unidad
de apoyo 9 y los husillos de transporte 1, 2 dispuestos en
su interior, está desacoplada de deformaciones por presión
de la carcasa de presión 7. La carcasa de presión 7 puede
estar diseñada en cada caso para la presión de diseño del
sistema y básicamente estar configurada con cualquier
tamaño, debiendo solamente estar configuradas las
escotaduras 17, 27 y los equipos de conexión tal que puedan
montarse las correspondientes unidades de impulsión o
módulos de impulsión compuestos por la carcasa de la bomba
3 y la unidad de apoyo 9. Al alojar la unidad de impulsión
en la carcasa de presión 7, queda terminada la bomba,
configurando la carcasa de la bomba 3 integrada en la
unidad de impulsión a la vez la cámara de aspiración 5 y
ocupándose de la separación entre la cámara de aspiración 5
y la cámara de presión 6.
En la carcasa de presión 7 están previstas además
bridas 14 para las tuberías de salida, que pueden quedar
fijamente instaladas.
En la cámara de presión 6 pueden estar previstos
equipos separadores para separar la fase gaseosa y la fase
líquida en el transporte de mezclas multifase. Los mismos
pueden ser chapas de desviación o zonas de calma para
generar una velocidad de flujo próxima a cero, estando
prevista en tales puntos preferiblemente una tubería de
cortocircuito 13, que une la cámara de aspiración 5 con la
cámara de presión 6. En la forma de ejecución representada
está configurada la tubería de cortocircuito 13 en la
carcasa de la bomba 3 y dispuesta en la cara inferior, con
lo que el líquido que se encuentra en la parte inferior de
la cámara de presión 6 con forma anular, que está llena
hasta la carcasa de la bomba 3, es aspirado hasta la cámara
de aspiración 5 y allí puede moverse a través de los
rotores 11, 12. De esta manera se genera un transporte del
calor, una estanqueidad y una lubrificación de los rotores
11, 12. La forma de ejecución representada es especialmente
adecuada para garantizar un funcionamiento seguro de la
5 bomba, incluso para presiones en la cabecera del pozo de perforación muy diferentes, que pueden ascender desde presiones casi atmosféricas hasta más de 100 bar.
En la abertura de entrada 25 o delante de ella pueden integrarse filtros de protección de la bomba o estar 10 dispuestos allí, para retener partículas indeseadas y
evitar daños en los rotores 11, 12.
15
20
25
30
Claims (13)
13
1. Bomba helicoidal de husillos en una forma constructiva
de un solo flujo y de dos ejes, con dos husillos
roscados (1, 2) y una carcasa de la bomba (3) que rodea
los husillos roscados (1, 2) formando cámaras de
impulsión (4) y que limita las cámaras de impulsión (4)
exteriormente con su superficie de cubierta interior
(3a), así como una cámara de aspiración (5) para el
medio a aspirar y una cámara de presión (6), que aloja
el medio transportado a través de los husillos roscados
(1, 2), estando introducida la carcasa de la bomba (3)
en una carcasa de presión (7) y fijada a la carcasa de
presión (7), con lo que la cámara de presión (6) rodea,
al menos parcialmente, la carcasa de la bomba (3),
caracterizada porque ambos husillos roscados (1, 2)
están apoyados con un apoyo exterior y en la cámara de
presión (6) están previstos equipos separadores para
separar una mezcla multifase transportada en una fase de
gas y una fase de líquido y porque está prevista una
tubería de cortocircuito (13) desde la cámara de presión
(6) hasta la cámara de aspiración (5), a través de la
que se conduce de retorno el líquido separado hasta la
cámara de aspiración (5).
- 2.
- Bomba helicoidal de husillos según la reivindicación 1, caracterizada porque la carcasa de la bomba (3) atraviesa la carcasa de presión (7).
- 3.
- Bomba helicoidal de husillos según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque la carcasa de la bomba (3) está fijada, en particular atornillada, por un lado a la carcasa de presión (7).
- 4.
- Bomba helicoidal de husillos según la reivindicación 3, caracterizada porque la carcasa de la bomba (3) está
fijada mediante una placa de soporte a la carcasa de
presión (7).
- 5.
- Bomba helicoidal de husillos según la reivindicación 3 o 4, caracterizada porque el extremo (30) no fijado a la carcasa de presión (7) de la carcasa de la bomba (3) está apoyado con un determinado juego en una guía (17) en la carcasa de presión (7) y la carcasa de la bomba
(3) está impermeabilizada mediante una junta (27)
respecto a la carcasa de presión (7).
- 6.
- Bomba helicoidal de husillos según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque los husillos roscados (1, 2) están apoyados en una unidad de apoyo (9) que está unida con la carcasa de la bomba (3).
- 7.
- Bomba helicoidal de husillos según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la unidad de apoyo (9) está fijada, en particular atornillada, a una placa de soporte (8).
- 8.
- Bomba helicoidal de husillos según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque los husillos roscados (1, 2), la carcasa de la bomba (3) y una unidad de apoyo (9) de los husillos roscados (1, 2) están reunidos para formar un módulo de transporte.
- 9.
- Bomba helicoidal de husillos según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la tubería de cortocircuito (13) está configurada en la carcasa de la bomba (3).
- 10.
- Bomba helicoidal de husillos según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la carcasa de la bomba (3) está dispuesta excéntrica en la carcasa de presión (7)
- 11.
- Bomba helicoidal de husillos según una de las reivindicaciones precedentes,
caracterizada porque en la carcasa de presión (7) están
dispuestos tirantes de tracción (42) para pretensar la
carcasa de presión (7) frente al apoyo del husillo
roscado (9).
5 12. Bomba helicoidal de husillos según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque en la carcasa de la bomba (3) está configurada la cámara de aspiración (5).
13. Bomba helicoidal de husillos según una de las
10 reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la carcasa de la bomba (3) forma una parte de la pared de la cámara de presión (6).
14. Bomba helicoidal de husillos según una de las
reivindicaciones precedentes,
15 caracterizada porque los equipos de conexión (14) para tuberías de entrada y tuberías de salida están configurados en la carcasa de presión (7).
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